德成功测量单个原子间磁耦合特性
近日，德国汉堡大学的科学家成功对单个原子间磁耦合特性进行了直接测量，其结果和于利希研究中心超级计算机的计算结果一致。原子磁性数据存储和新型自旋电子器件的研发又迈出了重要一步。相关成果发表在近期的《自然·物理》杂志网络版上。
为满足日益小型化的电子设备和持续增长的数据流的需求，人们不断寻找各种方法，努力减少最小存储单元（比特）所占的空间，以生产出更大容量的数据存储器。磁存储技术有一个终极目标，即用单个原子的磁性方向来存储一个比特的信息。磁性原子就像小指南针，它的磁性方向指向上或向下即可显示为1或0。由于原子所占空间很小，因此原子存储将有极高的存储密度，可解决几十年来始终存在的存储空间问题。
运用现代表面物理的方法，人们已经可以在一个非常平坦的金属表面提升一个原子比特，来作为一个原子数据存储的模型系统。而汉堡大学早先的研究也显示，原子比特可以用扫描隧道显微镜的磁涂层尖端来读取。不过，要实现原子存储还有很多问题需要解决，例如可能会导致数据丢失的相邻原子比特间耦合的问题。
当一个传导电子经过磁原子附近时，磁原子会影响它的自旋。当电子继续移动穿过固体时，它的自旋极化会影响邻近原子的磁矩方向，并产生所谓的RKKY耦合。作为RKKY变换作用的媒介，传导电子确定了耦合的强度和特性。迄今为止，人们已可以使用简化的理论模型来成功预测固体材料的耦合强度。根据这些模型，耦合仅与两个磁原子的距离有关，与他们相对于晶体方向的位置无关。尽管晶体结构可能会影响方向相关性，但实验至今未能提供直接的证据。
现在汉堡大学和于利希研究中心的科学家共同合作，成功对RKKY耦合的特性进行了直接测量，并与细化的模型进行了比较。在汉堡的实验中获取的不同间距、方向的原子比特对的磁化方向，其结果和于利希研究中心超级计算机的计算结果完全一致。它显示了RKKY耦合与两个原子比特方向的强相关性，是简单的模型所无法描述的。
这些发现对大量单个磁原子纳米结构的未来发展将有重大的实用价值。通过扫描隧道显微镜的尖端可将磁性原子放在一起组成近乎任意的结构。因此，通过使用RKKY耦合产生的地图，人们可以利用定制的磁耦合来设计和实现一个纳米结构。这种纳米结构不仅会在未来的自旋电子器件方面显示出十分有趣的特性，还很有希望作为量子计算机的模型系统投入使用。
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